中新網北京2月28日電 (記者 孫自法)植物細菌性病害是植物生長過程中的重大威脅，對農業和生態系統都有極大的影響。植物世界如何演化出精妙的防御系統積極應對？怎樣應用這些機制服務農業生產、保障糧食安全？
揭曉植物防御系統神秘機制
中國科學院遺傳與發育生物學研究所、北京大學、崖州灣國家實驗室的科學家組成合作團隊歷時15年研究攻關，最新揭曉植物抵御病原細菌入侵的神秘機制——被形象稱為“拆彈專家”的一種名為芥酸酰胺的植物天然代謝物，它能精準拆解病原菌的“生化武器”，為綠色農業提供了新的可能。
植物“拆彈專家”芥酸酰胺的工作模型。研究團隊 供圖這項揭示植物化學防御新機制、為環境友好型生物農藥開發以及作物抗病分子育種奠定基礎的重要研究，由北京大學教授雷曉光團隊、崖州灣國家實驗室首席科學家周儉民團隊領銜并聯合相關專家團隊共同完成，成果論文北京時間2月28日在國際知名學術期刊《科學》(Science)發表。
另辟蹊徑拆除“生化武器”
論文共同通訊作者周儉民研究員指出，病原細菌通過侵染植物組織引發葉斑、枯萎、腐爛等病害，嚴重時可導致農作物減產甚至絕收。當病原細菌悄然入侵時，植物的化學防御系統正在上演著肉眼不可見的分子戰爭。
傳統認知中，植物抗病代謝物多采用“毒殺”戰術，本次最新研究發現，芥酸酰胺像一位精明的“拆彈專家”，它另辟蹊徑專門拆除病原菌的“生化武器”——三型分泌系統(T3SS)。三型分泌系統是多種動植物病原細菌用來向宿主細胞分泌毒性蛋白的裝置，對致病不可或缺；芥酸酰胺則破壞病原細菌三型分泌系統的裝配，將病原細菌變得無害。
“拆彈專家”歷時15年發現
據介紹，2010年國際上有研究團隊觀察到免疫激活的植物具有抑制病原細菌三型分泌系統的能力，但這個“護身符”的本質卻一直蒙著神秘面紗。中國合作團隊敏銳捕捉到這一線索，并提出假說——這可能是一個免疫誘導產生的植物天然代謝物。
帶著這個假說的猜想，雷曉光和周儉民團隊開啟了長達15年的“尋寶”之旅，他們以生化活性為導向，通過分離、純化的手段最終在植物代謝物的迷宮中鎖定了關鍵目標，即“拆彈專家”芥酸酰胺。
不同于傳統植物抗性代謝物的“地毯式轟炸”，“拆彈專家”芥酸酰胺給病原細菌進行精準的“外科手術”，使其喪失致病能力而不影響其生存。
可應用于作物細菌病害防治
論文共同通訊作者雷曉光教授表示，芥酸酰胺廣泛存在于包括水稻、大豆等多種植物中，在免疫激活后會大量積累，并對多種病原細菌具有廣譜活性。遺傳實驗表明，芥酸酰胺的積累，是植物實現對病原細菌免疫的關鍵。
通過對多種芥酸酰胺衍生物的合成及活性分析，聯合團隊揭示了影響其活性的關鍵化學結構。綜合運用化學蛋白組學、生化實驗、蛋白結構預測、分子對接及分子動力學模擬等多種方法，研究團隊捕捉到這場微觀戰爭的精彩畫面——芥酸酰胺與三型分泌系統的重要組分HrcC特異結合，導致病原菌的“生化武器”裝配失敗，使細菌“啞火”。
周儉民透露，值得注意的是，“拆彈專家”芥酸酰胺對水稻白葉枯、番茄青枯病等多種作物細菌病害，均能發揮強大的殺傷功效，這暗示其在作物細菌病害防治中具有潛在應用價值。(完)